摘 要：本文介紹了風光牌高壓變頻器在登電集團新玉煤礦皮帶輸送系統的應用情況，對應用案例進行了介紹。結果表明，在煤礦皮帶輸送系統上采用高壓變頻器具有較高的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：高壓變頻器 皮帶機 應用

1引言

皮帶機在煤礦上的使用非常普遍，特別是在一些大型煤礦上。皮帶機上的皮帶是一個彈性體，在靜止或運行時皮帶內貯藏了大量的能量，在皮帶機啟動過程中，如果不加設軟啟動裝置，皮帶內貯藏的能量將很快釋放出去，在皮帶上形成張力波并迅速沿著皮帶傳輸出去。過大的張力波極易引起皮帶被撕斷。因此，《煤礦安全規程》規定，帶式輸送機必須加設軟啟動裝置。

2 用戶情況介紹

登電集團新玉煤礦屬登電集團下屬的地方國有煤礦，井田面積10.8674km2，保有地質儲量2754萬噸，可采儲量2088萬噸，采用斜井皮帶機由井下向地面運煤，皮帶機有關數據如表1所示。皮帶拖動電機315kW/10kV，基本參數如表2所示。礦領導在皮帶機電機如何拖動問題上，經調查，國內現有大多數煤礦的皮帶輸送機一般都采用工頻拖動，附加液力耦合器調速，較少使用變頻器驅動。

經過研究，認為液力耦合器雖然能部分解決皮帶機的軟啟動問題，但與變頻器驅動相比，有以下劣勢：

（1）采用液力耦合器，電機必須先空載啟動。工頻啟動時，最初的電流很大，為電機額定電流的4～7倍。大的啟動瞬間電流會在啟動過程中產生沖擊，引起電機內部機械應力和熱應力發生變化，對機械部分造成嚴重磨損甚至損壞。同時還將引起電網電壓下降，影響到電網內其它設備的正常運行，因此，大容量的皮帶機還必須附加電機軟啟動設備。

（2）液力耦合器長時工作時，引起液體漏出，增大維護工作量，污染環境。

（3）采用液力耦合器時，皮帶機的加載時間較短，容易引起皮帶張力變化，因此對皮帶帶強要求較高。

綜合以上考慮，礦領導決定皮帶機電機采用高壓變頻器調速控制。

主井皮帶機是全礦的流程中樞，一旦皮帶機不能正常工作，將造成全礦停產，且會造成巨大經濟損失。另外高壓變頻器須安裝在環境相當惡劣，煤灰比較重，粉塵大的場合。因此要求高壓調速系統具有極高的可靠性、穩定性、防護性。基于以上工作特點，變頻器設計中須滿足的如下主要技術條件：

（1）高壓變頻器具有高可靠性、穩定性、防護性、長期運行的質量指標。

（2）變頻器具有工頻運行的旁路功能，一旦出現故障，能夠讓電機切換到工頻運行。

（3) 具有軟停止功能。啟動過程要求平穩，無沖擊。

（4) 變頻器的啟動力矩大，不小于2倍額定力矩，滿足負載變化大的承受能力和煤炭壓帶時的再起動的能力。

（5）須滿足煤礦電控系統的功能接口和監控要求。

（6) 能夠實現驗帶功能。

經過對國內外各種高壓變頻器調研、比較，最后以招標方式選擇了新風光電子科技股份有限公司生產的風光牌JD-BP38-355P型（355kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機的控制設備。現場如圖1所示。

圖1 皮帶機現場

3 新風光JD-BP38-355P高壓變頻器基本參數

新風光電子公司生產的JD-BP38-355P 高壓變頻器(355kW/10kV）技術參數如表3所示。

4 新風光JD-BP38-355P高壓變頻器主要性能

風光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標遠小于IEEE519-1992的諧波標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。2007年，高壓變頻器被評為中國名牌產品。多年來，新風光對產品持續不斷地加大研發力度，進行技術升級換代，目前產品已研發升級到第六代，該機型具有功能強大，可靠性高，保護齊全，多種通訊方式可供選擇，功率單元采用一次成型工藝，采用快速插拔技術，特別適合于各種惡劣環境。強大的功能可以輕松實現現場控制要求，在滿足客戶需求的同時為客戶創造更多價值。具體來說，風光第六代高壓變頻器除具有一般普通高壓變頻器的性能外，還具有以下突出特點：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)矢量控制技術，通過測量和控制交流電動機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對交流電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制交流電動機轉矩的目的。啟動轉矩大，轉矩動態響應快，調速精度高，帶負載能力強。

(3)快速飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。在變頻器受到負載沖擊保護后可對其自動復位，然后再自動啟動，即可避免重要場合（如水泥廠高溫風機）變頻保護停機造成的損失。快速飛車啟動技術可實現變頻器在0.1s之內從保護狀態復位重新帶載運行。

(4)工頻/變頻無擾切換技術。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。

(5)電網瞬時掉電重啟技術，電網瞬間掉電可自動重啟，可提供最長60s的等待時間。

(6)線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

(7)振蕩抑制技術，電機輕載或者空載的時候會出現局部不穩定現象，這時電流幅值波動很大，電流的振蕩有可能會導致系統因為過流或過壓而觸發保護。新風光公司采用優越的電流算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統穩定可靠的工作。

(8)多機主從控制技術，變頻器具備主從控制功能，多臺變頻器之間可通過數據總線組成主從控制網絡。將其中的一臺設為主機，其他設為從機，主機實時采集各從機的狀態信息，同時發送給各從機頻率、轉矩指令，實現各臺變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術適用于皮帶機、摩擦式提升機等需要功率平衡控制的場合。

(9)輸出電壓自動穩壓技術，變頻器實時檢測各單元母線電壓，根據母線電壓調整輸出電壓，從而實現自動穩壓功能。避免電網波動對輸出電壓的影響。

(10)故障單元熱復位技術，若單元在運行中故障，且變頻器對其旁路繼續運行，此時可在運行中對故障單元進行復位，不必等變頻器停機。

（11）單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實現對功率單元運行狀況的全面把握。

（12）具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。

（13）限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數。

（14）多種控制方式，可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協議頻率設定可以現場給定、通訊給定等支持頻率預設、加減速功能。

5一拖一手動旁路控制方案

登電集團新玉煤礦皮帶機項目選用JD-BP38-355P型（355kW/10kV）高壓變頻器作為皮帶機的控制設備。為防止變頻器檢修或故障對生產的影響，高壓變頻器配置手動工頻旁路，將原有的電氣柜保留作為工頻旁路。皮帶機變頻控制時，將液力耦合器的效率調至最大；如果運行中變頻器發生故障，則可以利用原有的工頻啟動柜應急運行，手動旁路電控圖如圖2所示，手動主回路接線如圖3所示。

圖2 手動旁路電控圖

圖3 手動主回路接線圖

旁路柜中，共有2個高壓隔離開關，K1為單向隔離開關，K2為雙向隔離開關。當K1、K2-2閉合，電機變頻運行；當K1斷開，K2-1閉合時，電機工頻運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。

旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖，DL合閘時，絕對不允許操作K1、K2隔離開關，以防止出現拉弧現象，確保操作人員和設備的安全。

故障分閘：將變頻器“高壓分斷”信號串聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下，當變頻器出現故障時，分斷變頻器高壓輸入；旁路投入狀態下，變頻器故障分閘無效。

保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

6變頻器現場應用情況

該套系統于2014年1月18日成功投運，至今運行正常，沒有出現任何故障。皮帶機應用變頻具有以下優點：

（1）真正實現了皮帶機系統的軟啟動。變頻器的軟啟動功能，將電機的軟啟動和皮帶機的軟啟動合二為一，通過電機的慢速啟動，皮帶機緩慢啟動，將皮帶內部貯藏的能量緩慢釋放，將皮帶機的啟動過程中形成的張力波極小，幾乎對皮帶不造成損害。

（2）平穩的重載啟動。變頻器低頻運轉可輸出2.2倍額定力矩，適于重載啟動。

（3）降低皮帶帶強。采用變頻器驅動之后，由于變頻器的啟動時間可在1s～3600s可調，通常皮帶機起動時間在60s～120s內根據現場設定，皮帶機的啟動時間延長，大大降低對皮帶帶強的要求，大大延長皮帶的使用壽命。

（4）節約電能。對應于煤礦的特殊生產條件，有時，煤的產量是極不均勻的，當然皮帶機系統的運煤量也是不均勻的，在負載輕或無負載時，皮帶機系統的高速運行對機械傳動系統的磨損浪費較為嚴重，同時電能消耗也較低速運行大得多，但因生產的需要皮帶機系統又不能隨時停車，采用單獨的控制系統對前級運輸系統的載荷、本機運輸系統的載荷進行分別測量，這樣可控制變頻器降速或提前升速。對于載荷不均的皮帶機系統，可節約電能、降低皮帶的磨損。經現場測試，與工頻狀態下相比，變頻節電效果達20%以上。

（5）節省維修費用。采用高壓變頻器后，對電網和機械傳動設備基本無沖擊，大大延長設備使用壽命。高壓變頻器自投運以來，一直穩定運行，除正常清潔維護外，沒有發生停產檢修故障，這無疑節約了維修成本又保證生產不受損失。

（6）驗帶功能。低速驗帶功能是皮帶機檢修的要求。變頻調速系統為無極調速的交流傳動系統，在空載驗帶狀態下可調整0～100%額定帶速范圍內的任意帶速。

7結束語

綜上所述，經過登電集團新玉煤礦皮帶機使用風光高壓變頻調速裝置改造后，皮帶機實現了軟起、軟停，不僅可以節約電能，而且降低維護量及維修費用，帶來可觀的經濟效益和社會效益。在皮帶機上使用技術先進、成熟安全的高壓變頻調速系統可以全面提高系統自動化程度，切實響應國家節能降耗的號召，值得大力推廣。

參考文獻

新風光電子使用手冊[Z] 新風光電子科技股份有限公司。

作者簡介：

馮文杰 男，高級工程師，機電礦長，供職于登電集團新玉煤礦。

田利潤 男，技術支持工程師，供職于新風光電子科技股份有限公司。